-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Schleifringelementen
gemäß dem Anspruch
1. Darüber
hinaus umfasst die Erfindung, gemäß dem Anspruch 5, ein derartiges
Schleifringelement selbst.
-
Schleifringeinheiten
bestehen üblicherweise unter
anderem aus zwei Schleifringelementen, nämlich einem Stator und einem
Rotor. Der Stator ist häufig
als Schleifringbürste
ausgestaltet, wogegen der Rotor meist eine Folge von Kontaktringen
aufweist. Im Betrieb hat dann die Schleifringbürste gleitenden Kontakt zu
den Mantelseiten der rotierenden Kontaktringe. Derartige Schleifringeinheiten
werden in vielen technischen Gebieten eingesetzt, um elektrische Signale
oder elektrische Leistung von einer ortsfesten auf eine sich drehende
elektrische Einheit zu übertragen.
Damit Schleifringeinheiten mit möglichst geringem
Bauraum bzw. Abmessungen herstellbar sind, besteht permanent der
Wunsch nach einer Miniaturisierung der entsprechenden Schleifringelemente.
-
In
der Offenlegungsschrift
DE 1
926 219 ist unter anderem eine Methode zur Herstellung
eines Schleifringrotors beschrieben, bei der die Kontaktringe aneinandergereiht
und in eine, die Kontaktringe umgreifende Stützform gegeben werden. Danach wird
der Innenraum dieses Stapels aus Kontaktringen mit einer Vergussmasse
gefüllt.
Nach dem Aushärten
der Vergussmasse wird dann dieser Rohling an der gesamten Mantelseite
abgedreht, bis die einzelnen Kontaktringe voneinander getrennt sind.
-
Ein ähnliches
Verfahren wird in der Offenlegungsschrift
EP 0 618 648 A1 vorgeschlagen,
wobei hier zur besseren Verteilung der Vergussmasse ein Schleudervorgang
durchgeführt
wird. Nach dem Vergießen
und Aushärten
wird auch hier die gesamte Mantelseite spanabhebend bearbeitet.
-
Darüber hinaus
sind Herstellungsverfahren für
Schleifringelemente bekannt, bei denen Kontaktringe und isolierende
Kunststoffringe alternierend aneinandergereiht werden. Bei einer
derartigen Bauweise entstehen sehr viele Trennfugen, welche die Präzision der
Kontaktringteilung negativ beeinflussen. Hinzu kommt, dass gerade
bei Schleifringelementen mit sehr kleinen Abmessungen, wie sie immer
mehr benötigt
werden, diese Kunststoffringe wegen ihrer Kleinheit nur noch schwierig
und aufwändig z.
B. mittels Pinzetten zu handhaben sind.
-
Die
nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Herstellung von
Schleifringelementen haben also unter anderem den Nachteil, dass
sie vergleichsweise aufwändig
und zeitraubend sind.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung
eines Schleifringelements zu schaffen, welches einen geringen Herstellungsaufwand
bedingt, und durch welches qualitativ hochwertige Schleifringelemente
herstellbar sind.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
-
Darüber hinaus
wird durch die Erfindung eine neuartiges Schleifringelement geschaffen,
dessen Aufbau kostengünstig
ist, und durch welches die Quali tät, insbesondere die Lebensdauer
bzw. die Zuverlässigkeit
von Schleifringelementen signifikant erhöht wird. Dies wird durch die
Schleifringelemente gemäß dem Anspruch
5 gelöst.
-
Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, dass Kontaktringe eines Schleifringelements
an ihren Mantelseiten bereits endgültig bearbeitet und / oder beschichtet
werden bevor die Schleifringelemente zusammengebaut bzw. montiert
werden. Die funktionsrelevanten Oberflächen an den Mantelseiten der Kontaktringe
brauchen nach einer Aneinanderreihung und Verklebung der Kontaktringe
und nach einem Abtragen von Material der Kontaktringe im Bereich
ihrer stirnseitigen Berührung
nicht mehr weiter bearbeitet werden.
-
Auf
diese Weise ist es möglich,
dass die Kontaktringe im vereinzelten Zustand mit einer für die Funktion
einer Schleifringeinheit qualitativ hochwertigen Oberfläche versehen
werden können.
Dies ist relativ kostengünstig
und einfach möglich,
verglichen mit Prozessen, bei denen diese Oberflächen der Kontaktringe im zusammengebauten
Zustand des Schleifringelements geschaffen werden müssen. So können die
Kontaktringe mit Vorteil in einem Schüttgut, bzw. Trommelverfahren
behandelt bzw. beschichtet werden, während bei herkömmlichen
Herstellungsprozessen das gesamte Schleifringelement behandelt bzw.
beschichtet werden muss. Falls der Beschichtungs- oder Bearbeitungsprozess fehlerhaft verläuft ist,
ist dort das gesamte Schleifringelement als Ausschuss zu sehen.
Im erfindungsgemäßen Verfahren
können
dagegen einzelne fehlerhafte Kontaktringe ausgesondert werden, so
dass der Schaden hier sehr begrenzt ist.
-
In
einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung werden die Kontaktringe
zum Aneinanderreihen auf einen Innenkörper aufgebracht.
-
Vorteilhafte
Ausbildungen der Erfindung entnimmt man den abhängigen Ansprüchen.
-
Weitere
Einzelheiten und Vorteile des erfindungsgemäßen Schleifringelements und
des entsprechenden Verfahrens ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispieles
anhand der beiliegenden Figuren.
-
Es
zeigen die
-
1 eine perspektivische Ansicht
eines Kontaktrings nach dem ersten Herstellungsschritt S1,
-
2a eine Seitenansicht eines
Schleifringelements, während
des Herstellungsschrittes S3
-
2b einen Längsschnitt
durch ein Schleifringelement, während
des Herstellungsschrittes S3
-
3 einen Längsschnitt
durch ein Schleifringelement, nach dem Herstellungsschritt S4,
-
4 einen Längsschnitt
durch ein fertiggestelltes Schleifringelement, In einem ersten Herstellungsschritt
S1 wird ein Kontaktring 1 geschaffen, wie er in der 1 dargestellt ist. Der Kontaktring 1 weist eine
Achse Y auf, welche orthogonal zu einer gedachten Durchmesserlinie
des Kontaktrings 1 steht, und um die sich im späteren Betrieb
der Kontaktring 1 drehen wird.
-
Der
Kontaktring 1 ist aus einem Rohling aus einer Kupfer-Zink-Blei-Legierung
gefertigt, wobei durch eine mittige Bohrung durch den Körper des Kontaktrings 1 die
Innenseite 1 begrenzt wird. Die Oberfläche der Innenseite 1 ist
hochgenau gemäß den Anforderungen
an eine Passung bearbeitet. Die Stirnseite F wird durch einen Drehprozess
gestuft ausgestaltet, so dass Stege 1.1 und die stirnseitigen Teilflächen F1
und F2 entstehen. Die Teilfläche
F1 stellt also quasi die Stirnseite des Steges 1.1 dar, während die
Teilfläche
F2 die zurückgesetzte
Stirnseite des Kontaktrings ist. Die Mantelseite A ist die gekrümmte Außenseite
des Kontaktrings 1. In die Mantelseite A wurde unter Durchführung eines
Diamant-Drehprozesses eine V-Nut 1.2 eingearbeitet. Bei
der Bearbeitung der Mantelseite A wurde darauf geachtet, dass diese
eine überaus
hohe Oberflächenqualität, insbesondere
geringe Rauheit aufweist.
-
Die
derart bearbeiteten Kontaktringe 1 werden dann mit einer
extrem dünnen
Goldlage beschichtet. Zu diesem Zweck werden die Kontaktringe 1 einem überaus effizienten
und kostengünstigen Schüttgut-Beschichtungsverfahren
unterworfen. In dem Herstellungsschritt S1 wird somit mit vergleichsweise
wenig Aufwand in einer frühen
Herstellungsphase eine qualitativ hochwertige Oberfläche des Kontaktrings 1 geschaffen,
wie sie für
die Funktion einer Schleifringeinheit sehr gut geeignet ist. Eine
spätere
Bearbeitung der Mantelseite A, z. B. nach erfolgter Montage der
Kontaktringe 1, ist daher nicht mehr notwendig.
-
Im
gezeigten Beispiel weist der Kontaktring 1 einen Außendurchmesser
von nur 6,3 mm auf, während
die Stege 1.1 eine Breite in axialer Richtung von jeweils
0,25 mm haben.
-
Im
nächsten
Herstellungsschritt S2 wird jeweils ein Kabel 7 (siehe 2a, 2b) an jedem Kontaktring 1 an
einer Stelle an der Innenseite 1, also nicht an einem Steg 1.1,
mit Hilfe eines Schweißprozesses
elektrisch kontaktiert.
-
Danach
werden die Kontaktringe 1 gemäß den 2a und 2b im
Herstellungsschritt S3 auf einen Innenkörper 2 des Schleifringelements,
der als spritzgegossenes Kunststoffteil ausgeführt ist, aufgebracht bzw. aufgeschoben.
Die Kontaktringe 1 sind dabei so angeordnet bzw. ausgerichtet,
dass deren Achsen Y in jeweils die gleiche Richtung weisen, nämlich in
Richtung der Mittelachse X des Schleifringelements. Im gezeigten
Beispiel fallen sogar nach erfolgter Montage die Achsen Y der Kontaktringe 1 deckungsgleich
mit der Mittelachse X des Schleifringelements zusammen.
-
Der
Innenkörper 2 weist
unter anderem zwei Längsrippen 2.4,
sowie an einer Seite einen zentrischen hohlzylindrischen Zapfen 2.2 mit
einer Öffnung 2.7 auf.
Die Längsrippen 2.4,
die parallel zur Mittelachse X verlaufen, sind in einem Teilbereich
durch einen Quersteg 2.3 zur Erhöhung der mechanischen Steifigkeit
des Innenkörpers 2 verbunden.
Gemäß der 2a haben die Längsrippen 2.4 näherungsweise
jeweils einen Querschnitt in Form eines Kreissegments. Im Zuge der
Montage werden die Kontaktringe 1 auf die Längsrippen 2.4 aufgeschoben.
Der Außendurchmesser
der Kreissegmente ist entsprechend dem Innendurchmesser der Kontaktringe 1 dimensioniert,
so dass die Kontaktringe 1 in Radialrichtung spielfrei
entlang der Längsrippen 2.4 verschoben
werden können.
Dabei berühren
die Kontaktringe 1 den Innenkörper 2, bzw. dessen
Längsrippen 2.4 nur
an einem Teilabschnitt ihrer Innenseite 1.
-
Vor
oder während
des Aufbringens der Kontaktringe 1 auf den Innenkörper 2 werden
die Kabel 7 durch eine hohlzylindrische Öffnung 2.6 des
Innenkörpers 2 gefädelt. Die
Kontaktringe 1 werden in diesem Herstellungsschritt S3
so aneinandergereiht, dass sich diese im Bereich der Stege 1.1 stirnseitig berühren, bzw.
die Oberflächen
F1 der Kontaktringe 1 berührend aneinander geschoben
werden. Der Innenkörper 2 weist
einen Lagersitz 2.1 auf, welcher einen Absatz 2.11 mit
zwei Anschlagflächen
C, D umfasst. Durch diesen Absatz 2.11, insbesondere durch die
Anschlagfläche
C, wird eine axiale Sicherung der Kontaktringe 1 ermöglicht,
so dass die Kontaktringe 1 beim Aneinanderreihen nur gegen
die Anschlagfläche
C dieses Absatzes 2.11 geschoben werden müssen, um
eine gegenseitige stirnseitige Berührung aller Kontaktringe 1 zu
erreichen. Dies erleichtert bzw. beschleunigt den Herstellungsprozess.
-
Nachdem
nunmehr alle Kontaktringe 1 auf den Innenkörper 2 aufgebracht
und entsprechend aneinandergereiht wurden, schließen die
Kontaktringe 1 bzw. der Stapel aus Kontaktringen 1 einen
hohlen Innenraum ein. Dieser Innenraum wird darüber hinaus durch Aufschieben
eines als separates Kunststoffteil ausgestalten Lagersitzes 4.1,
der einen Absatz 4.11 aufweist, auf den Zapfen 2.2 axial
weiterhin abgeschlossen (3).
-
Dieser
Innenraum wird im Herstellungsschritt S4 zumindest teilweise mit
einem Kleber 5 ausgefüllt. Zu
diesem Zweck wird der Kleber 5 durch die Öffnung 2.7 des
Zapfens 2.2 in den Innenraum quasi injiziert. Der vergleichsweise
zähflüssige Kleber 5 fließt durch die Öffnung 2.7 in
den Innenraum und bewegt sich dort durch die Kanäle 2.5 zu den Innenseiten 1 und zu
den stirnseitigen Teilflächen
F2 der Kontaktringe 1 hin. Dabei werden auch die Zwischenräume, welche sich
radial innerhalb der Stege 1.1 der Kontaktringe 1 befinden,
mit dem Kleber 5 zumindest teilweise ausgefüllt. Das
Vo lumen des einzubringenden Klebers 5 ist für diesen
Herstellungsschritt S4 so bemessen, dass der Innenraum einerseits
ausreichend mit dem Kleber 5 gefüllt wird, andererseits aber
kein Kleber 5 an der gegenüberliegenden Öffnung 2.6 des
Schleifringelements austritt. Nach dem Ausfüllen des Innenraumes mit dem
Kleber 5 lässt
man den Kleber 5 aushärten,
so dass die aneinandergereihten Kontaktringe 1 schließlich miteinander
verkleben. Auf diese Weise ist ein Schleifringelement geschaffen,
welches nach dem Herstellungsschritt S4 entsprechend der 3 darstellbar ist.
-
Als
Kleber 5 sind hier Materialien oder Vergussmassen zu verstehen,
die eine klebende Eigenschaft haben. Dies können Ein- oder Mehrkomponentenkleber
sein. Unter den Begriff Kleber fallen auch Polymere, welche die
entsprechenden Eigenschaft aufweisen.
-
Im
nächsten
Herstellungsschritt S5 werden die Stege 1.1 vollständig abgetragen.
Dazu wird das Schleifringelement, wie es in der 3 dargestellt ist, in eine Drehmaschine
eingespannt, so dass die Mittelachse X mit der Rotationsachse der
Drehmaschine zusammenfällt.
Die Anschlagfläche
D des Absatzes 2.11 hat hier eine wichtige Funktion, nämlich als
Referenzfläche.
Der Innenkörper 2 samt
den Kontaktringen 1 und dem Kleber 5 wird bis
zu diesem Absatz 2.11 bzw. bis zur Anschlagfläche D auf
die Spannvorrichtung der Drehmaschine geschoben. Durch diesen Anschlag
ist in der Drehmaschine eine exakte Zuordnung der Position der Kontaktringe 1 möglich, welche
sich im Bereich der abzutragenden Stege 1.1 stirnseitig
berühren.
Nachdem also das Schleifringelement derart eingespannt wurde, lässt man
im Zuge einer Drehbearbeitung im Bereich der Stege 1.1 ein Drehwerkzeug
einstechen, welches die doppelte Breite der Stege 1.1 aufweist.
Dadurch wird spanabhebend das Material der Kontaktringe 1 im
Bereich ihrer stirnseitigen Berührung
vollständig
abgetragen, so dass entlang einer Umfangslinie eine umlaufende Ausnehmung 6 hergestellt
wird und die Kontaktringe 1 vollständig voneinander getrennt,
bzw. elektrisch isoliert sind. Die stehen gelassenen Mantelseiten
A, insbesondere sie V-Nuten 1.2, der Kontaktringe 1 bleiben
allerdings unbearbeitet und brauchen auch später nicht mehr bearbeitet werden.
-
Nach
dem Herstellungsschritt S5 wird das Schleifringelement aus der Drehmaschine
entnommen und das Lager 3, hier ein abgedichtetes Kugellager,
auf den Lagersitz 2.1 des Innenkörpers 2 bis zur Anschlagfläche D des
Absatzes 2.11 geschoben. Durch die Verwendung des Absatzes 2.11 als
Anschlagelement wird eine einfache und genaue Montage möglich, wobei
die Kontaktringe 1 durch das Aufschieben des Lagers 3 axial
nicht belastet werden. Auf der anderen Seite des Innenkörpers 2 wird danach
ein weiteres Lager 4 durch Aufschieben auf den Lagersitz 4.1 montiert
(4).
-
Durch
das erfindungsgemäße Verfahren
wird also ein neuartiges Schleifringelement geschaffen, welches
auf kostengünstige
Weise auch bei geringer Baugröße mit hervorragender
Qualität
herstellbar ist. Dieses Schleifringelement weist eine Folge von
Kontaktringen 1 auf, deren Achsen Y in jeweils die gleiche
Richtung weisen und mit der Mittelachse X deckungsgleich zusammenfallen.
Die Kontaktringe 1 sind an ihren Innenseiten 1 und
Stirnseiten F2 miteinander verklebt, und weisen zwischen den Kontaktringen 1 entlang
einer Umfangslinie eine umlaufende Ausnehmung 6 auf, so
dass die Kontaktringe 1 zu beiden Seiten der Ausnehmung 6,
bzw. im Bereich der Ausnehmung 6, einen axialen Abstand
aufweisen. Die Ausnehmung 6, bzw. der Einstich, ist also
jeweils so tief, dass sich die Kontaktringe 1 nicht gegenseitig
berühren,
bzw. keinen gegenseitigen elektrischen Kontakt zueinander haben,
so dass der Kleber 5 in den Ausnehmungen 6 sichtbar
ist.
-
Das
Schleifringelement weist, wie bereits erwähnt, einen Innenkörper 2 aus
Kunststoff auf. Dieser Innenkörper 2 hat
eine Reihe von vorteilhaften konstruktiven Merkmalen. Zunächst ist
der Innenkörper 2 so
ausgestaltet, dass dieser die Kontaktringe 1 an einem Teilabschnitt
ihrer Innenseite 1 berührt,
und somit eine genaue radiale Positionierung der Kontaktringe 1 zum
Innenkörper 2 erreicht
wird. Insbesondere dienen die auf den Innendurchmesser der Kontaktringe 1 passgenau
abgestimmten Längsrippen 2.4 zur
Zentrierung der Kontaktringe 1.
-
Darüber hinaus
vereint der hohlzylindrische Zapfen 2.2 mehrere vorteilhafte
Funktionen in sich. Zunächst
ist dadurch der Innenkörper 2 hinsichtlich des
einfachen und genauen Einbringens des Klebers 5 in den
Innenraum, der durch die aneinandergereihten Kontaktringe 1 gebildet
wird, optimiert. Zu diesem Zweck ist die zentrische hohlzylindrische Öffnung 2.7 vorgesehen,
die einem Rohrstutzen ähnelt,
und als Ansatz für
eine Einspritzvorrichtung zum Einbringen des Klebers 5 dient.
Durch die Öffnung 2.7 und
den im Innenkörper 2 vorgesehenen
Kanal 2.5 kann der Kleber sich radial nach außen zu den
Innenseiten der aneinandergereihten Kontaktringe 1 verteilen.
Ferner übernimmt
der Außenumfang
des zentrischen Zapfens 2.2 auch die Funktion der Montagefläche für den Lagersitz 4.1.
-
Hinzu
kommt, dass der Innenkörper 2 den Absatz 2.11 aufweist,
welcher derart ausgebildet ist, dass dieser sowohl eine Anschlagfläche D für das Lager 3,
als auch als eine Anschlagfläche
C für einen Kontaktring 1 hat.
Zunächst
dient der Absatz 2.11 bei der Montage als Anschlag für einen äußeren Kontaktring 1,
so dass dadurch ein einfacher und präziser Zusammenbau möglich ist.
Darüber
hinaus stellt der Absatz 2.11 auch den Anschlag für das Lager 3 dar, so
dass auch an dieser Stelle ein einfacher und genauer Herstellungsprozess
ermöglicht
wird. Im Herstellungsprozess hat der Absatz 2.11 noch ein
dritte Funktion, er bietet nämlich
eine Anschlagfläche
für ein
Spannwerkzeug der Drehmaschine, so dass eine Referenzfläche zur
Positionierung des Bearbeitungswerkzeuges relativ zum Schleifringelement
geschaffen wird.
-
Das
beschriebene Schleifringelement wird beispielsweise als Rotor in
einer Schleifringeinheit eingesetzt. Dieser Rotor dreht sich dann
relativ zu einem Stator, dessen Bürstendrähte entlang der V-Nut 1.2 der
Kontaktringe 1 gleiten. Auf diese Weise ist ein permanenter
elektrischer Kontakt zwischen jeweils einem Bürstendraht und jeweils einem
Kontaktring 1 hergestellt. Durch die hervorragende Oberflächenqualität der Mantelfläche A, insbesondere
der V-Nut 1.2, haben die Schleifringeinheiten mit den erfindungsgemäßen Schleifringelementen
bzw. Rotoren eine hohe Qualität,
was sich in deren Zuverlässigkeit und
Lebensdauer bemerkbar macht. Dabei ist die Herstellung der erfindungsgemäßen Schleifringelemente
relativ günstig.